无功补偿电气装置的合理设计方案.doc

无功补偿电气装置的合理设计方案与实现
【摘要】:目前来说，我国的经济发展进程正在不断加快，经济发展的水平也在不断提高，由此带来了我国企业数量的增加，企业质量的改善和人们生活品质的提高。在现代社会，电无疑扮演着十分重要的角色，人们生活的方方面面都离不开电，工业的生产如果没有了电也无法正常的运行，而且，随着经济的不断发展，普通居民和工业生产对电的需求量也在日益增加，这就要求发电行业的发展要与当前的用电需求相匹配。但是平心而论，我国发电行业的发展速度还是十分缓慢，不能满足我国的用电需求，不得已，很多城市都出现过无电可用的情况，对于用电需求较大的城市来说更是如此。加快我国的发电装置的发展刻不容缓，而其中主要的一个方面就是无功补偿电气装置的设计和研究。本文就是将讨论的重点放在了无功补偿的电气装置，对它的现状、发展和遇到的问题等方面进行了简要的介绍。
【关键词】:无功补偿 电气装置 设计研究
0、前言
我国现在在电力方面的主要问题就是发电量无法满足用电的需求。现在的经济发展主要就是依靠于电力，如果电力供应不上，势必会对我国的经济发展造成影响。我国现在有很多城市的供电量已经无法满足正常的生产生活了，在用电的高峰期进行拉闸控制用电的情况时有发生。供电量的不足已经给人们的正常生活带来了诸多不便，即使普通民众能够克服这些用电困难，但是对于工业生产来说，停电所带来生产损失却是不可想象也无法弥补的。无功补偿电气装置作为电力系统中的重要一环，自然有其研究的意义和价值。改善我国的电力系统任重而道远，要想对其进行彻底的改革就必须把改革创新的触角触及到电力系统的方方面面，我国在电力发展的进程中会遇到的问题还会有很多，坚决不能懈怠。
1、研究无功补偿的背景
所谓发电，主要指的就是输出电能，而评判电能质量好坏的因素有很多，其中最主要的一项就是电压。人们可以根据电压的高低来判断无功出力和用户的无功负荷之间是否达到了平衡状态。一般来说，电力系统中的各种用电的负载不仅仅是消耗有功功率，它们同样也会消耗无功的功率，而且负载对有功和无功的功率消耗量还都非常的大，这就导致电网的功率因数相对较低。对于整个电力系统来说，负载的数量非常之多，为了保证这些用电的负载能够正常的运行，就必须预留出负载消耗的无功功率所需的能量。如果不把无功功率的消耗考虑进去的话，就容易导致电网的电压下降。而实际上，电压降低会给整个电力系统带来很严重的影响。首先就是，如果电网的电压长时间的低于正常标准的话，无功静态的稳定状态也会被破坏，容易发生电网事故，导致大规模的停电。其次，各种发电的设备如果在低电压状态下运行，它的功率也会相应的降低，不仅会影响发电的效果还会增加装置的能量消耗，更严重的话，还会对发电设备本身造成毁坏。最后一点则是，电压的降低会导致负载的功率因数下降。而如果功率因数一旦降低的话，就意味着发电装置输出的有功功率和无功功率的比值就会减小，发电机所发出的能量就不能被有效的利用，转化为电能的比例也会降低。在整个电网中，负载的分布肯定不会是十分均匀的，这就要求相关人员必须要根据负载分布的集中情况来对无功进行科学的分配。不然的话，电网中大量存在的无功功率会使电网的容量减少，增加能量的损耗。而毫无疑问的一点就是，能量的过分损耗势必会导致电力系统的运行成本增加，从而对电力企业的经济效益带来不好的影响，进而影响国家的经济发展水平。
近年来，我国越来越重视可持续发展，将节约能源放在了十分重要的战略地位。各行各业也把如何降低能源消耗作为了研究的一个重点，而对于电力行业来说，节约能源，降低能源损耗的一个主要研究方向就是无功补偿技术，这也就促进了该项技术的进一步研究推广。
2、无功补偿的现状及意义
对于低压的电力配电系统来说，静止式的电容柜是一种使用的十分普遍的无功补偿装置。这种补偿装置的主要部件就是里面的无功补偿控制器，它的主要原理就是通过设定投入和切除电容器的cos值而将电网功率的限制与否转化为具体的cos值的比较。如果通过技术测量，电网的功率因数比投入的cos门限值小，那么就可以投入电容器;而如果功率因数比投入的cos门限值大的话，就要进行切除电容器的操作。只是单纯的以cos值来作为判断的依据未免关于简单，实际的情况远比这要来的复杂。举个例子来说，如果是三相的无功不平衡的话，利用上述所说的电容补偿的方法就不能保证每个相的无功消耗需求。此外，如果电网中的负载减少，电流也相应较小的情况下，这种方法还可能出现电容器的振荡投切，影响实际的无功补偿效果。另外，考虑到现在的电力系统中，电子器件的使用量越来越大，进而导致配电网的谐波分量也相应的增加，这种情况也在很大程度上影响了电容柜的正常使用。
在实际的发电过程中，无功补偿具有很重大的意义。第一，进行无功补偿，相应地，就可以使有功功率所占总功率的比例增加，进而可以使发电装置能够更有效的利用。第二，一旦进行无功补偿，为电网中各负载预留出来的无功容量就可以减少，进而整体的容量也可以降低，从而起到降低成本的作用。在实际的电网工程建设中，应该充分考虑到无功补偿这一重要方面，力求用最少的资金投入达到最佳的实际发电效果。第三，在电网系统中采用无功补偿设备可以减少能量的损耗，避免设备过热而损坏。最后，通过对无功功率进行补偿，可以改善电压的稳定状况，提高电能的质量，增强电网的整体性能。
3、无功补偿的设计
根据我国目前电网系统的实际情况，一般可以采用两级优化控制的方案来实现对无功功率的补偿，同时选用单点和多点的系统相结合的方式实现算法上的最优状况。上位机可以选用工控机，这样就可以根据下位机传送来的消息对单机进行控制，如果有多个单机系统，也可以对这多个单机同时进行操控使它们能够相互配合的工作。对于单机来说，最重要的设计就是在单点的设计上，而单点的设计重心又放在了能够对电抗的补偿量进行无级调节上。
单机的工作模式图如图所示，单机的最主要部件就是16位单片机，这些单片机在无功补偿方面发挥着重要的作用。一方面，电力系统的各种与电有关的物理量如电流、电压、功率、温度等，都是通过这些单片机来获得数据的，另一方面，无线通讯的正常运行、晶闸管的相关操控也都需要单片机提供帮助。
4、结语
不得不承认，无功补偿技术对于电力行业来说有着十分重要的作用，在减少能耗、节约成本、保护设备等方面都扮演着十分关键的角色，此外，国家大力宣传节约能源，对无功补偿技术进行研究开发也是响应国家的号召。而且值得一提的是，随着现在科学技术的不断发展，无功补偿的技术水平也有了很大的提高，同时我国的相关研究人员还针对电力系统中不同的方面，利用不同的原理，研发出了不同的补偿装置，极大的促进了我国电力事业的发展。然而也应该意识到，虽然经过我国科研人员的不懈努力我国在无功补偿方面取得了一定的进步，但是还没有达到世界领先的水平，仍然有很多地方需要完善。相信随着相关科学知识的不断进步，国外先进技术的引进和本国研发人员的设计开发，我国的无功补偿技术一定会更加完善。
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